本發(fā)明屬于電解海水制氧催化劑領(lǐng)域，具體是一種鉻摻雜的鎳鐵硫化物納米棒陣列材料及其制備方法和電解海水析氧應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、在各種可再生能源中，氫氣由于其高能量密度、簡單化學(xué)組成和環(huán)境友好的特性而被視為一種遠(yuǎn)景廣闊的理想能源。然而，氫氣的生產(chǎn)方法是限制其發(fā)展的主要因素。當(dāng)前，制氫技術(shù)主要包括使用化石燃料、生物質(zhì)以及電解水來產(chǎn)生氫氣。特別是電解水制氫技術(shù)因其環(huán)保、可持續(xù)且易于產(chǎn)業(yè)化的優(yōu)點備受關(guān)注。然而，全球淡水資源僅占總水資源的約3.5％，若大規(guī)模采用電解淡水方式來制氫，將進(jìn)一步加劇全球淡水資源短缺的問題?？紤]到地球擁有豐富的海水資源，因此電解海水制氫被視為未來氫能發(fā)展的重要方向之一。然而電解海水存在諸多挑戰(zhàn)。海水中富含氯離子(cl-)，在海水電解過程中會生成強(qiáng)氧化性的次氯酸鹽，對陽極產(chǎn)生腐蝕影響，阻礙了電解海水的長期穩(wěn)定。據(jù)研究顯示，堿性海水中析氧反應(yīng)(oer)的熱力學(xué)勢比析氯反應(yīng)(cer)低490mv，所以高活性陽極催化劑能夠限制氯反應(yīng)，減輕陽極腐蝕，有利于電解海水的穩(wěn)定進(jìn)行。因此，設(shè)計高活性、高選擇性且耐氯離子具有優(yōu)異穩(wěn)定性的電解海水陽極催化劑對于推動電解海水產(chǎn)業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。

2、眾所周知，貴金屬基催化劑(如iro2和ruo2)因價格昂貴、儲量有限、穩(wěn)定性不足，在廣泛應(yīng)用方面存在困難。近年來，鎳鐵基電催化劑因其價格低廉、儲量豐富、在oer方面表現(xiàn)出色等優(yōu)勢，被普遍看好具有廣闊應(yīng)用前景。然而，其在堿性海水電解方面的性能和穩(wěn)定性仍有待提升。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題提供一種鉻摻雜的鎳鐵硫化物納米棒陣列材料及其制備方法和電解海水析氧應(yīng)用。其作為堿性水和海水氧化電極，具有優(yōu)異的催化活性和穩(wěn)定性。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種鉻摻雜的鎳鐵硫化物納米棒陣列材料，該材料是在泡沫鎳鐵基底上原位生長的鉻摻雜的鎳鐵硫化物，具有nife、ni3s2以及(fe,ni)3s4組分，呈納米棒陣列結(jié)構(gòu)。

4、按上述方案，鉻摻雜的鎳鐵硫化物納米棒陣列材料中鉻原子含量0.55at％～3.75at％，鐵原子含量為7.18at％～10.11at％，鎳原子含量為41.24at％～48.52at％，硫原子含量為42.38at％～48.10at％。

5、按上述方案，鉻摻雜的鎳鐵硫化物納米棒陣列材料中鉻原子含量cr的摻雜量為2.07

6、at％-3.75at％。

7、按上述方案，所述納米棒的寬度為60～100nm。

8、本發(fā)明第二方面提供一種鉻摻雜的鎳鐵硫化物納米棒陣列材料的制備方法，包括以下步驟：將清洗干凈的泡沫鎳鐵置于含有硫源和鉻酸鹽的溶液中，利用水熱法制備得到鉻摻雜的鎳鐵硫化物納米棒陣列材料。

9、按上述方案，所述的硫源物質(zhì)為硫脲、硫代乙酰胺或硫化鈉。

10、按上述方案，所述的硫源溶液濃度為0.05～0.25mol/l。

11、按上述方案，所述水熱法中水熱條件為120～220℃，水熱時間4～24h。

12、按上述方案，所述的鉻酸鹽為na2cro4、k2cro4或(nh4)2cro4。

13、按上述方案，所述的鉻酸鹽溶液濃度為0.008～0.075mol/l。

14、本發(fā)明第三方面提供上述鉻摻雜的鎳鐵硫化物納米棒陣列材料在電解堿性水或海水析氧中的應(yīng)用。

15、本發(fā)明提供了一種鉻摻雜的鎳鐵硫化物，該材料為生長在泡沫鎳鐵基底上的鉻摻雜的鎳鐵硫化物納米棒陣列，能夠充分暴露活性位點，鉻的引入提高了導(dǎo)電性，并且導(dǎo)致鐵原子和鎳原子周圍的電荷發(fā)生了重新分布，高價態(tài)的fe3+和ni3+得以增加，大大促進(jìn)了電解海水析氧反應(yīng)的反應(yīng)動力學(xué)，提高了催化劑的oer活性，最終顯著提高電極海水氧化性能。

16、本發(fā)明的有益效果：

17、1.本發(fā)明提供的鉻摻雜的鎳鐵硫化物納米棒陣列材料作為堿性水和海水氧化電極，展現(xiàn)出了優(yōu)異的催化活性和穩(wěn)定性，在開發(fā)過渡金屬oer催化劑以用于電解海水析氧方面，具備潛在的應(yīng)用價值。在10、100和500ma/cm2的電流密度下，在堿性水溶液中所需的過電勢低至173、211和253mv，在堿性海水中所需的過電位為190、231和271mv。同時，該催化劑在500ma/cm2的恒定電流密度下運行長達(dá)1000個小時，其海水氧化性能沒有明顯衰減，性能優(yōu)異。

18、2.本發(fā)明以泡沫鎳鐵為基底，于含有硫源的溶液中，采用水熱法，在鉻酸鹽的存在下實現(xiàn)了呈納米棒陣列結(jié)構(gòu)的鉻摻雜的鎳鐵硫化物材料的可控合成，合成的鉻摻雜的鎳鐵硫化物納米棒陣列材料展現(xiàn)出了優(yōu)異的催化活性和穩(wěn)定性。

技術(shù)特征：

1.一種鉻摻雜的鎳鐵硫化物納米棒陣列材料，其特征在于：該材料是在泡沫鎳鐵基底上原位生長的鉻摻雜的鎳鐵硫化物，具有nife、ni3s2以及(fe,ni)3s4組分，呈納米棒陣列結(jié)構(gòu)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎳鐵硫化物納米棒陣列材料，其特征在于：鉻摻雜的鎳鐵硫化物納米棒陣列材料中鉻原子含量0.55at％～3.75at％，鐵原子含量為7.18at％～10.11at％，鎳原子含量為41.24at％～48.52at％，硫原子含量為42.38at％～48.10at％。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎳鐵硫化物納米棒陣列材料，其特征在于：所述鉻摻雜的鎳鐵硫化物納米棒陣列材料中鉻原子含量cr的摻雜量為2.07at％-3.75at％。

4.權(quán)利要求1所述的鉻摻雜的鎳鐵硫化物納米棒陣列材料的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：將清洗干凈的泡沫鎳鐵置于含有硫源和鉻酸鹽的溶液中，利用水熱法制備得到鉻摻雜的鎳鐵硫化物納米棒陣列材料。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于：所述的硫源物質(zhì)為硫脲、硫代乙酰胺或硫化鈉。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于：所述的硫源溶液濃度為0.05～0.25mol/l。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于：所述水熱法中水熱條件為120～220℃，水熱時間4～24h。

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于：所述的鉻酸鹽為na2cro4、k2cro4或(nh4)2cro4。

9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于：所述的鉻酸鹽溶液濃度為0.008～0.075mol/l。

10.權(quán)利要求1所述的鉻摻雜的鎳鐵硫化物納米棒陣列材料在電解堿性水或海水析氧中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于電解海水制氧催化劑領(lǐng)域，具體公開了一種鉻摻雜的鎳鐵硫化物納米棒陣列材料及其制備方法和電解海水析氧應(yīng)用。該材料是在泡沫鎳鐵基底上原位生長的鉻摻雜的鎳鐵硫化物，具有NiFe、Ni3S2以及(Fe,Ni)3S4組分，呈納米棒陣列結(jié)構(gòu)。制備：將清洗干凈的泡沫鎳鐵置于含有硫源和鉻酸鹽的溶液中，利用水熱法得到鉻摻雜的鎳鐵硫化物納米棒陣列材料。其作為堿性水和海水氧化電極，展現(xiàn)出了極其優(yōu)異的催化活性和穩(wěn)定性，在開發(fā)過渡金屬OER催化劑以用于電解海水析氧方面，具備潛在的應(yīng)用價值。

技術(shù)研發(fā)人員：王舟舟,劉魯斌,史雅然,余穎,邢卓,邱明強(qiáng)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：海氫科技（武漢）有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6